A hemoglobin szerepe és funkciói normális és kóros esetekben Dr. Tápai Katalin Transzfúziós tanfolyam
A Hgb O 2 szállítására specializálódott molekula. Az emberi Hgb 4 alegységből, 2-2 különböző globinláncból áll (helikális globin), melynek hem-zsebébe (apoláros mélyedés) egy Fe 2+ -t (ferro) tartalmazó hem-prosztetikus csoportból álló tetramer kötődik. A hemet alkotó porphyrin gyűrű közepén elhelyezkedő ferro vas 6 vegyértéke közül 4-el a porphyrinhez, 1-el a globin ''proximális'' hisztidinjéhez és 1-el az oxigénen keresztül a ''disztális'' hisztidinhez kötődik.
Hgb paradox légzése A Hgb az O 2 -t reverzibilisen köti meg (oxigenálódik), közben kompaktabb lesz, a vas a porfiringyűrű síkjában van, az O 2 csatorna szűkül, a Hgb molekula térfogata csökken, a 2,3-DPG-t elereszti (tense forma -T). Míg deoxigenáció során fellazul, az O 2 csatorna tágul, a Hgb molekula mérete nő, a vas a porfiringyűrű síkján kívül van, a 2,3-DPG lekötődik a poláris aminosavakhoz, melyek a belső csatornában találhatók, a deoxi szerkezet stabilizálódik (relax -R). A deoxi forma stabilabb, az inter és intra alegységek közötti kötések miatt.
A Hgb szintézise 2 δ-aminolevulinsav porfobilinogén 4 porfobilinogén (dezaminálódással, izomerációval összekapcsolódik) 4 CO 2 gyűrűs uroporfirinogén koproporfirinogén protoporfirinogén 6 H Fe++ 2α,2β-globin protoporfirin hem Hgb A Hgb minden komponense a vvs képződésekor újonnan keletkezik. A globin aminósavakra bomlik, a hem epefesték formájában kiürül a szervezetből. A vas a lépből a májba, ill. csv-be jut és az új Hgb szintézishez felhasználódik. (A vvs képzésben az erythropoietin szerepe!) A szabad Hgb szállító fehérjéje a haptoglobin, ha ez Hgb-vel telődik (erős hemolizis) a többi sz Hgb a β-globinhoz és albuminhoz kötődik hgburia.
A Hgb lebontása 2O 2 haptoglobin H 2 O haptoglobin NAD/P/H NAD/P/ Hgb verdoglobin biliverdin ''indirekt bilirubin'' globin Fe+++ glükuronidizáció a májban epevezeték bél ind.bi. (vizben rosszul oldódik) ''direkt bilirubin'' (vizoldékony) urobilinogén, szterkobilinogén urobilin, szterkobilin (széklet, vizelet)
A Hgb Fe-ionjának a sorsa A lebontásnál ferri (Fe+++) - ion a plazmában transzferrinhez kapcsolódva transzportálódik a Hgb szintézis helyére v. ferritinhez kapcsolódva a RES-ben raktározódik. A vas felszívódása és leadása a membránon át ferro (Fe++) alakban megy végbe. A ferri vasat tartalmazó transzferrin a vesén át a vasat leadni nem tudja, így a vastartalom nem csökken. A szervezet vas igénye a Hgb szintézishez kell, vesztése szinte csak vérzéssel történik. A vékonybélből szívódik fel, és csak akkor használódik fel a raktározott vas, ha a bélből történő felszívódás után a vasszükséglet még mindig nincs biztosítva. A napi vas-szükséglet: Születéskor és a gyerekkorban: 1 mg/nap Felnőttkorban: férfi: 1 mg/nap nő: mens., lactatio idején 1,5-2 mg/nap terhesség idején 2,5-3 mg/nap menopausa után 1 mg/nap A táplálékkal bevitt vas ~ 10 %-a szívódik fel, így 10-15 mg/nap vas bevitele szükséges a táplálékkal.
Desferal 0,5 g por infúzióhoz, sc. vagy iv. + C-vitamin Ha a Se ferritin 1000 μg/l D: 40 mg/tskg/nap Ált: Se ferritin < 2000 μg/l D: 25 mg/tskg/nap 2000-3000 μg/l D: 35 mg/tskg/nap > 3000 μg/l D: 55 mg/tskg/nap
Hem-hem interakció A 4 láncban levő 4 hem csoport az O 2 -t egyre fokozódó sebességgel köti meg a csoportok interakciója miatt szigmoid O 2 disszociációs görbe (az 1. és 4. kötési sebesség közötti arány: 200) 70x nagyobb annak a valószínűsége, hogy az O 2 -gazdag Hgb ragadja meg a köv-ő O 2 -t, mint amelyik még 1-et sem kötött meg O 2 leadáskor 70x valószínűbb, hogy az O 2 -szegényebb Hgb adja le könnyebben az O 2 -t, mint az O 2 -gazdagabb A hgb relative kis parciális nyomásváltozásra abszorbeál, vagy lead nagyobb mennyiségű O 2 -t A Hgb alloszterikus molekula, melynek funkcióját kis molsúlyú komponensek befolyásolják: a ph: O 2 affinitásra hat (Bohr effektus, ez teszi lehetővé a CO 2 vérben történő transzportját) ha a ph a Hgb O 2 szaturáció, O 2 leadás ha a ph a Hgb tetramer szerkezete fellazul O 2 aff p50: (a Hgb 50 %-os telítettségéhez szükséges parciális O 2 p), ha az O 2 leadás romlik (kisebb O 2 p, nagyobb húzóerő kell a szöv-ekben, hogy az O 2 -től megváljon a Hgb) organikus foszfátok (2,3-DPG = a Hgb O 2 aff-ának alloszterikus modifikátora) növelik a deoxy forma stabilitását, ha a 2,3-DPG a Hgb O 2 szaturáció csökken (aff. ) hőmérséklet, ha nő a Hgb O 2 szaturáció csökken (aff. ) ha csökken O 2 affinitás nő
A Hgb tipusokat 2-2 identikus globin-láncpár alkotja: α-lánc 141 as, nem-α-lánc (β,γ,δ,ε,theta) 146 as HbF felnőtt: α2β2 96 % HbA α2δ2 2-3,5 % HbA2 α2γ2 < 1 % HbF (magzatban 70-80 %, hepatikus vérképzés) 10. hétig szikzsák máj lép 20. /magzati/ héttől a csontvelő is globin 50 szintézis α % γ β 30 ε 10 theta δ 6 18 30 születés 6 18 30 42 prenatalis kor (hetek) posztnatalis kor (hetek) Magzati vvs O 2 aff.» felnőtt vvs O 2 aff. (HbF O 2 aff. > HbA O 2 aff.) oka: a 2,3 DPG hatékonyabban csökkenti a HbA O 2 aff.-át, mint a HbF-ét (a HbF-ben a 2,3-DPG egyik kötőhelyén a bázikus hisztidin helyett neutrális szerin van, mely nem tudja a 2,3-DPG-t megkötni) (HBF 1 hónapos körül eltűnik) Foetalis vér magasabb O 2 aff-a könnyíti az O 2 átjutását az anyai vérből a magzatba. A neon. vér O 2 leadó kép- -t (O 2 aff.-a nagy): újszülött, korasz. a hipoxiához
A Hgb O 2 telítési görbéje S alakú: az első O 2 belépése nehéz (Hgb láncok sókötése felszakad), a másodiké már könnyebb, a 3-4. kis energia befektetéssel kötődik a Hgb-hez, ugyanígy történik visszafelé is, amikor az O 2 leadásra kerül a szövetekben ezzel a móddal a Hgb több O 2 -t tud leadni azonos O 2 nyomáson, mint ha parabola alakú lenne a görbe Hgb variáns (balra tolt): O 2 aff. pco 2 Hgb variáns (jobbra tolt): O 2 aff. pco 2 (több O 2 -t tud leadni) p50 ~ 2,3 DPG ~ 1/ O 2 aff. (p50 nő jobbra tolt) 2,3-DPG deoxihgb O 2 leadás (pl. magas hegyek között élőknél a 2,3-DPG alacsonyabb O 2 tenziónál is képesek a Hgb O 2 -jét leadni)
Az eritropoetin (Epo) perinatalis jellemzői Az Epo szenzor (hypoxia) a foetalis életben a májban van a máj Epo szenzorai hypoxiára kevésbé érzékenyek a foetalis fiziológiás hypoxia (iu. életben tartós szöveti oxigén hiány van) nem okoz policythaemiát Megszületés után az Epo szenzor a vesébe kerül Ezt azonban a postconceptionalis idő (gestatiós kor) határozza meg A koraszülött Epo produkciója alacsony (40. hétig csak HBF-t termel) (pl. 28. héten született: 10 hetet kell várni az epo szenzor vesébe kerülésére)
Vas hatása: A vérképzés normális fejlődése O (nincs vas-hiány) 1. In utero: artériás O 2 saturáció 45 % erythropoietin termelés magas vvs produkció rapid (reticulocyta: 30-70 ) 2. Megszületéskor: arterias O 2 saturáció: 95 % erythropoietin hiányzik vvs produkció: csökken (1/10-e a méhen belülinek) reticulocyta Hgb 3. 8-10. hét: A típusú Hgb F típusú Hgb funkcionális 2-3 diphosphoglycerat anaemia szöveti O 2 szállítás nincs Erythropoieticus inger hiányában Hgb szintjük al-bb marad 1-3 hónapos korukig, ekkor indul a vvs-képzésük, a felesleges tr ezt késlelteti) 4. 8-12. hét: Hgb mélyponton szöveti O 2 erythropoietin termelés megindul Hgb 5. > 12. hét: A vasraktárak ürülése megindul Transzfúzió hatása: A Hgb koncentráció al-bb! (erythropoiesist visszaszorítja!)
Az első életév Hgb változásai a születési súly szerint Élethét Érett újszülött Koraszülött Kissúlyú koraszülött (1200-1400 g) (< 1200 g) 0 17,8 17,0 15,6 1. 18,8 15,3 14,8 3. 15,9 13,2 12,0 5. 12,7 9,6* 8,2 10. 11,4* 9,8 8,1* 20. 12,0 9,8 9,0 50. 12,0 11,0 11,0 *: hgb mélypontok 2-3. élethó hypoxiája indítja be a vérképzést
A Hgb koncentráció mélypontja és ideje Az újszülött érettsége Hgb mélypont (g/dl) Mélypont ideje (hét) Érett újszülött 9,5 11,0 6-12 Koraszülött (1200-1400 g) 8,0 10,0 5 10 Kissúlyú koraszülött (<1200 g) 6,5 9,0 4 8 Koraszülöttek anaemiája 0-4. élethét iatrogen anaemia 4-12. élethét anaemia praematurorum normochrom, normocyter reticulopaenia csontvelő hypoplasia alacsony Se Epo szint al. alapacs. O 2 szükséglet nincs szöveti O 2 éhség nem az erythropoietin hgb. al. elvárás: kora-, kis súlyú újszülött az élet első két hetében Hgb 13 g/dl legyen szív-, tüdőbeteg esetén Hgb 17 g/dl legyen 1 ml vér = 70 ml a felnőttnél (24.hét /600g/ - 27.hétre /1000g/ született: nagy a tr. igény)
Transzfúzió a neonatológiában elvárás: kora-, kis súlyú újszülött az élet első két hetében Hgb 13 g/dl legyen szív-, tüdőbeteg esetén Hgb 17 g/dl legyen 1 ml vér = 70 ml a felnőttnél, újsz. perctérf: 200 ml/kg/perc, nem tud perctérf-tal kompenzálni (24.hét /600g/ - 27.hétre /1000g/ született: nagy a tr. igény) az anaemia gyakran nem társul klinikai tünetekkel a lehetséges klinikai tünetek: apnoe tachycardia (de a kilökött térf ) súlygyarapodás megállása javítható-e a koraszülöttek anaemiája transzfúzióval? apnoe: 24-72 órás időtartamra tachycardia: nem! (inkább fokozódik) súlygyarapodás megállása: igen(!!) azonnal megindul a súly HgbF O 2 aff > HgbA szöveti O 2 O 2 toxicitás + a tr-t vér szabad Fe elektronja radikális OH: (ROP retinopathya of prematurity vakság NEC necrotizing enterocolitis perforáció BPD bronchopulmonalis dysplasia respirátor függőség) pao2 70 Hgmm (felnőtt: 90-95), O 2 -szaturáció nem mérvadó Újszülött vérvolumen: 80-100 ml/kg Tr. D: 10-15 ml/kg, vércsere D: 170-200 ml/kg Graft-versus host reakció: újszülöttben rendkívül ritka!! (pl. DiGeorge sy- thymusø oka(?): T-helper sejtek funkciója, T-supressor sejtek aktivitása veszély: iu. tr., + vércsere irr-t készítményt
Újszülöttek transzfúziója Első életnap: Hgb 12 g/dl meggondolandó Lélegeztetett újszülött: 1. élethét: 12 g/dl hgb 1. élethét után: 11 g/dl hgb Csak oxigén igény van: 1. élethét: 10 g/dl hgb 1. élethét után: 9 g/dl hgb Jó állapot, nincs oxigén-igény 1. élethét után: 7,5 g/dl hgb A tr-t menny: 10-20 ml/kg legyen (gyorsabb tr kamra ejectiós fr., de a kimenetel nem különbözik a lassabb tr-tól) 1. élethéten fiziol. az anémia koraszülöttnél is nem kéne tr-ni Jobb szellemi teljesítőkép., ha az újszülöttet visszafogottan tr-ják
Cseretranszfúzió: a felnőtt vér alacsonyabb O 2 aff.-a jó hatású RDS-ben, HA-ban. Krónikus anémia: kompenzatórikus 2,3-DPG emelkedés O 2 aff. csökken A humán globin-láncok szintézise: α-géncsalád 16-os kromoszómán (theta α a váltás) β-géncsalád 11-es kromoszómán (embrionális ε foetalis γ felnőtt β, δ váltás) Az embrionális élet során 3 főbb Hb tipus mutatható ki: α2ε2 Hb Gower-II theta2ε2 Hb Gower-I theta2γ2 Hb Portland, ezeket váltja fel a HbF, majd a magzati élet 2. trimeszterében a HbA (α2β2), és a HbA2 (α2δ2)
Hemoglobinopátiák Afrika, Ázsia, Amerika és a Földközi-tenger partvidékén évente több, mint negyedmillió súlyos hemoglobinopátiás gyerek születik. De a migráció révén pl. Magyarországra (ahol eddig ritka volt) is eljutott a betegség. I. Szerkezeti variánsok VELESZÜLETETT HEMOGLOBINOPÁTIÁK a globin-gének kódoló szakaszait érintő mutációk, deléciók, ill. más genetikai események következtében a normális HbA-tól eltérő aminósavszekvenciájú v. méretű globinláncot tartalmaznak I/1. klinikai tüneteket nem okozó (ún. csendes) variánsok csak szűrővizsgálaton, v. véletlen derül ki (elektroforézis) felszíni, stabilitást v. funkciót befolyásoló kölcsönhatásban részt nem vevő aminosavakat érinti az ismert mutációk több, mint kétharmada ide tartozik I/2. hemolitikus anémiát okozó Hgb variánsok a mutációk révén a Hgb molekula fizikai-kémiai tulajdonságai változnak a/ Csökkent oldékonyságú Hgb variánsok: HbS β6 Glu Val deoxi állapotban polimerizálódik (sarlósejtképződés) HbC β6 Glu Lys kristályosodási hajlamú
VELESZÜLETETT HEMOGLOBINOPÁTIÁK Sarlósejtes anémia (HbS) Oka: A β-gén 6-os helyén a glutaminsavat kódoló GAG kódon GUG-re történő pontmutációja a globin-láncban Glu Val cserét eredményez (HbS) Jellemzői: HbS oldhatósága csökken, így a vvs alakját deformálja (deoxi állapotban füzérszerkezet) vvs bizarr, sarlóhoz hasonló alakú, rövid élettartamú hemolitikus anémia, aplasztikus ill. sarlósejtes krizisekkel vazookluziv, hemolitikus, aplasztikus, szekvesztráció és ezek kombinációi splenomegália fertőzésekre való fokozott érzékenység HbS csont- és izületi deformitások előford. növekedési és fejlődési zavarok autoszom. domináns örökl.: a heterozigóta esetekben a tünetek csak hipoxiás környezetben manifesztálódnak (erre gondolni kell várandósság alatt, pl. anesztéziában egy átmeneti hipoxia elhalásokat okozhat a lépben, hipoxiával járható beavatkozás előtt vércserét!), a heterozigóta szelektiv előnye: nem lesz maláriás homozigóta nem éri meg a reproduktiv kort
Sarlósejtes anémia Diagnózis és magas prevalenciájú területeken a szűrés: Hgb elektroforézis, mol.gen. (+ genetikai tanácsadás, célzott várandós-gondozás) prenatalis diagnosztika: családban korábbi homozigóta HbS betegek, mindkét szülő érintett (RFLP-, v. PCR-val) Terápia: transzfúzió sarlósodást gátló szerek (urea v. cianát 200-400 mg/100 ml vér) kelátképző (desferal) folsavhiányban: folsav (1-2 mg/nap) alkalizálás: MgSO4 (1-2 ml/4 ó) NaHCO3 (2-3 g/nap) plazmaexpanderek: 5 % dextrán oxigenizáció Távlati lehetőségek: csontvelőtranszplantáció génterápia
VELESZÜLETETT HEMOGLOBINOPÁTIÁK I/2. hemolitikus anémiát okozó Hgb variánsok b/ Csökkent stabilitású Hgb variánsok Labilis Hgb-ok (kb. 200 variáns) tünetek: anémia variábilis, kor és O 2 affinitás-függő vvs T1/2 csökken cianózis methgb ill. szulfhgb következménye pigmenturia fontos jel, néha csak akut hemoliziskor manifesztálódik sárgaság zárványtest megjelenése (Nilus-kék festés): kicsapódó Hgb rögök a membránhoz kötődve (methgb- Fe+++ - bomlásakor az SH csoportok oxidálódnak) szplenomegália: a lefűződő zárványos rész a lép sinusaiban fennakad (szekvesztráció) gyógyszerérzékenység (oxidativ gyógyszerekre + kompenzatórikus foetalis Hgb képzés) sladge-képződés (infarktus) fertőzésre fokozott érzékenység, hemolitikus-, aplasztikus krizis labor. jelek: Hgb szint változó, MCH csökk., MCV, WBC, vvs morfológia norm., retikulocita-szám nő, autohemolizis fokozott, Hgb elektroforézis nem tipikus, HbA2 kissé magasabb, HbF 5-10%, HŐLABILITÁS FOKOZOTT, mol. gen.
VELESZÜLETETT HEMOGLOBINOPÁTIÁK I/2. hemolitikus anémiát okozó Hgb variánsok Csökkent stabilitású Hgb variánsok okai: b/1. a hem-zsebben mutáció, mely a hem kötődést gátolja α43 Phe Val Hb Torino b/2. a hem-zsebben poláros aminósavhoz vezető mutáció, amely megkönnyíti a viz ill. az oxidáló ágensek bejutását β28 Leu Gln Hb St. Louis b/3. a helikális részen egy aminósav prolint eredményező mutációja, mely a helix szerkezetet megbontja β88 Leu Pro Hb Santa Ana b/4. alegységek közötti kontaktusokat érintő mutációk a globin belsejét fellazító mutációk β98 Val Met Hb Köln
VELESZÜLETETT HEMOGLOBINOPÁTIÁK I/3. Cianózist okozó Hgb variánsok a/ ferri-(fe+++)-hgb-t stabilizálják α58 His Tyr Hb M Boston b/ csökkent oxigénaffinitásúak (oxi-formában gyengít) alegységek közötti kölcsönhatászavar β102 Asn Thr Hb Kansas I/4. Poliglobuliához vezető magas oxigénaffinitású Hgb variánsok a/ oxi-formát stabilizálják: α92 Arg Gln Hb J Capetown b/ deoxi-formát gyengítik: β89 Ser Asn Hb Creteil
VELESZÜLETETT HEMOGLOBINOPÁTIÁK II. Globinlánc szintézisének zavara Thalos = tenger (mellett élő emberek) α-thalassaemia (β-lánc felesleg) α-thal 1 (α0-thal) : nincs α-lánc termelés (HbA, HbA2, HbF elégtelen) homozigóta: 4 gén hiány Bart Hgb (hydrops foetalis) (αo/αo) Thalassaemia maior (újszülött-korban γ4, felnőttnél β4 = HbH) élettel összeegyeztethetetlen heterozigóta: 2 gén hiány enyhe anémia placenta Thalassaemia minor HgH betegség: 3 α-globin-gén deléciója a β-láncok túlprodukciójához vezet (β4), (α+/αo) mérs. súlyos hemol. anémia, szplenomegália Thalassaemia intermedia α-thal 2 (α+-thal) : csökkent α-lánc termelés homozigóta: 2 gén hiány enyhe anémia (α+/α+) hipokróm, mikrociter anémia heterozigóta: 1 gén hiány enyhe anémia (α+/α) tünetmentes hordozó α-thal. klinikai megjelenése: a tünetek egyenesen arányosak az α-lánc termelődésével, azaz a funkcióképtelen α-gének számával
VELESZÜLETETT HEMOGLOBINOPÁTIÁK II. Globinlánc szintézisének zavara β-thalassaemia (α-lánc felesleg) βo-thal: nincs β-lánc termelés (α4-tetramer stabilitása kicsi ineff. eritropoezis már a csv-ben elpusztulnak az α-lánc felesleget tartalmazó vvs-ek) Thalassaemia maior (homozig.) csak HbA2 (δ) és HbF (γ) van β+-thal: csökkent β-lánc termelés Thalassaemia minor (heterozig.) HgbA2 HbA2 4-6 %, HbF 10-18 %
VELESZÜLETETT HEMOGLOBINOPÁTIÁK II. Globinlánc szintézisének zavara α- és β-thal jellemzői: tünetek: dózisfüggő, ~ a lánc mennyiségével (α-thal), a fölös lánc okozza a tüneteket, mert az nem képes az O 2 transzportra anémia (rövidült vvs túlélés), céltáblasejt, bazofil punktáció, bizarr formák, poikilociták, Howell-Jolly-testek (fvs, thr norm.) Se vas fokozott hepato-szplenomegália trófikus elváltozások növekedési retardáció, fejlődési rendellenességek csontelváltozások főleg a csöves csontokban (a fokozott csv-i működés következtében), fésűszerű rajzolat a koponyacsontban eritroid expanzió fokozott, ineffektiv eritropoezis terápia: transzfúziók keláció (a vastúlterhelés csökkentése) + C-vitamin folsav, B12 vitamin távolabbi lehetőségek: csontvelő transzplantáció génterápia Diagnózis: hiányzó génműködés Cabot gyűrű Heinz test
VELESZÜLETETT HEMOGLOBINOPÁTIÁK II. Globinlánc szintézisének zavara δ-thalassaemia csak a δ-lánc szintézise csökkent, v. hiányzik δβ-thalassaemia (δβ)o-thal: mindkét lánc termelése hiányzik Hb Lepore thal hibrid (pl. δβ-) láncok keletkeznek (csökkent nem-α-lánc termelés) γδβ-thalassaemia mindhárom felnőttkori nem-α-lánc termelés hiányzik A thalassaemiák okai: a teljes gén, v, génrészletek deléciója (α-thal), nonsense mutációk (β-thal) az exonban (gén kódoló szakasza), mutációk a mrns átírását, érését, stabilitását biztosító génszakaszokon (intron, exon-intron határ stb.), szintézisgátlás
SZERZETT HEMOGLOBINOPÁTIÁK Posztszintetikus Hgb módosulatok 1. Hgb A1C: a β lánc az N-terminálisán egy kötött glukózt tartalmaz kezeletlen v. rosszul beállított diabetesben 4-6 % feletti ez a minor komponens 2. oxidativ károsodás v. metabolit kötés: tárolt vérben magas dextróz tartalmú stabilizátor esetén a dextróz glikolizáció nő, ez a DM-os, AMI-os, acs zavaros betegnél problémát okozhat a glükóz-hgb O 2 transzportra képtelen
Köszönöm a figyelmet